论文题目: 软岩隧道开挖与支护数值分析
论文类型: 硕士论文
论文专业: 防灾减灾工程及防护工程
作者: 俞琳
导师: 邹德高
关键词: 隧道开挖与支护,三维粘弹塑性有限元,接触,衬砌
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 目前,有限元方法在隧道工程分析中用的越来越多,以往已有较多的研究成果。但大多数的有限元数值模拟中很少考虑混凝土衬砌与围岩之间的接触,对接触特点随时间的变化规律研究的研究成果仍然为数不多。目前,国内外在隧道工程设计中,常常依照经验模拟拟定出相应的开挖方法与支护参数,这种方法简单粗略,且不够科学。以往的有限元分析考虑开挖进尺、开挖台阶长度的影响较少,考虑时间效应的研究结果较少。因此,尚有必要对隧洞开挖问题作进一步的研究和讨论。 首先,采用弹塑性有限元方法,对隧洞开挖与支护进行模拟,通过对支护进行结构变参数分析,研究了衬砌与围岩接触面的摩擦系数、衬砌厚度、围岩岩性、侧压力系数、埋深对衬砌轴力和弯矩、位移的影响,来分析隧道支护的力学性能。其次,进行了衬砌支护时间对衬砌受力状态的影响分析。第三,对围岩与混凝土衬砌之间的接触特点随时间的变化规律进行初步研究,进一步了解隧道支护的作用机理。第四,采用三维弹塑性有限元,对隧道开挖的横截面、纵向不同开挖方式、不同进尺、不同台阶进行了分析。通过工程实例进行数值分析,对计算结果与实测结果进行比较,主要结论如下: 1、接触面摩擦系数对各关键点的位移影响很小,对衬砌弯距和轴力影响较大,为以后有限元分析以及隧道合理设计与施工提供参考。 2、对隧道的衬砌支护时间进行了分析,隧道开挖后要适时地加以支护,延长设置衬砌时间对圆形隧道衬砌的轴力的影响较小,对马蹄形隧道衬砌的轴力的影响却较大。 3、喷混凝土衬砌与围岩之间的接触压力、接触剪力和相对位移与时间的关系可以用指数或双曲线函数关系来表达,可为理论研究和实际工程提供参考。 4、对隧道开挖的横截面、纵向不同开挖方式、不同进尺、不同台阶进行了分析,说明适当增加开挖进尺对控制开挖面附近的围岩收敛变形和塑性区范围有利,对控制混凝土的受拉破坏明显有利。采用短台阶施工对围岩收敛变形和塑性区范围控制是有利的,为隧道合理设计与施工提供参考。 5、通过对工程实例进行数值分析,与实测结果比较吻合,验证了本文所用方法和模型的合理性。
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1．1 研究背景
1．2 隧道支护的分析方法现状
1．3 本论文的主要工作
2 隧道开挖与支护模型建立及其力学性能分析
2．1 概述
2．2 隧道开挖与支护的有限元分析
2．2．1 有限元模型的建立
2．2．2 本构模型的选取
2．2．3 隧道工程中的力学效应
2．2．4 开挖荷载的处理方式
2．2．5 隧道开挖与支护过程的模拟
2．3 计算结果与分析
2．3．1 计算模型
2．3．2 衬砌与围岩之间不同摩擦系数对衬砌的影响
2．3．3 衬砌厚度对衬砌的影响
2．3．4 埋深对衬砌的影响
2．3．5 侧压力系数对衬砌的影响
2．3．6 岩性对衬砌的影响
2．4 小结
3 隧道衬砌粘弹塑性二维有限元分析
3．1 模型的选用
3．1．1 岩石流变方程
3．2 粘弹塑性问题的有限元法概括
3．2．1 概述
3．2．2 粘弹塑性问题的有限元法
3．2．3 流应变按时步增量逐次计算的初应变法
3．3 有限元计算结果与分析
3．4 小结
4 隧道支护与围岩相互作用研究
4．1 概述
4．2 喷射混凝土技术的最新发展
4．3 隧道支护与围岩相互作用力学模型
4．3．1 隧道支护与围岩相互作用研究现状
4．3．2 接触模型
4．3．3 各类接触力学模型
4．4 有限元计算结果与分析
4．4．1 接触剪力(沿接触面切向的切向荷载)
4．4．2 剪切位移(沿接触面切向的滑动位移)
4．4．3 不同摩擦数围岩与初次衬砌之间接触压力与时间关系
4．4．4 衬砌接触压力与接触面摩擦系数的关系
4．4．5 关键点接触压力与侧压力系数的关系
4．4．6 接触压力与衬砌厚度的关系
4．4．7 接触压力与岩性的关系
4．5 小结
5 隧道开挖与支护三维弹塑性有限元分析
5．1 概述
5．2 隧道开挖与支护三维弹塑性有限元分析
5．2．1 围岩稳定性判别准则
5．2．2 开挖顺序对衬砌与围岩的影响
5．2．3 开挖进尺对衬砌与围岩的影响
5．2．4 台阶长度对衬砌与围岩的影响
5．3 结论
6 隧洞开挖与支护工程实例的计算与分析
6．1 概述
6．2 韩家岭隧道开挖与支护工程
6．2．1 工程概况与地质条件
6．2．2 加固措施的简化
6．3 现场监控量测
6．3．1 量测手段和方法
6．3．2 韩家岭隧道监测数据
6．4 隧道开挖与支护的有限元分析
6．4．1 隧道开挖与支护的有限元模拟
6．5 计算结果与量测结果的比较分析
6．5．1 位移
6．5．2 蠕变应变
6．5．3 塑性应变分布
6．6 小结
7 结论与展望
7．1 结论
7．2 展望
参考文献
硕士期间的科研项目和发表学术论文情况
I、所参加的乖卿项目
II、所完成的学术论文
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-07-05
参考文献
- [1].高地应力软岩隧道变形特征及施工方案优化研究[D]. 魏来.长安大学2018
- [2].滴水岩软岩隧道施工力学特性研究[D]. 张钊.兰州交通大学2018
- [3].基于突变理论的深埋软岩隧道施工围岩稳定极限位移计算方法[D]. 翁志强.北京交通大学2018
- [4].不同地应力条件下软岩隧道变形机制研究[D]. 刘营超.华东交通大学2018
- [5].单斜互层软岩隧道变形机理及变形控制研究[D]. 李春龙.石家庄铁道大学2017
- [6].考虑流固耦合的红层软岩隧道力学效应研究[D]. 袁健.华东交通大学2016
- [7].山区高速公路浅埋软岩隧道修建关键技术研究[D]. 史鹏飞.郑州大学2013
- [8].软岩隧道爆破设计数值模拟及应用[D]. 张朝康.四川大学2005
- [9].高地应力条件下软岩隧道的变形分析及控制研究[D]. 吴开健.华南理工大学2016
- [10].铁路软岩隧道臂式掘进机主机架力学特性分析[D]. 杜以昌.西南交通大学2002
相关论文
- [1].开挖过程中隧洞围岩应力释放规律及软岩支护时机研究[D]. 李俊鹏.西安理工大学2007
- [2].隧道施工过程的数值模拟分析与方案的优化[D]. 张云峰.合肥工业大学2007
- [3].软岩三线车站隧道开挖围岩力学响应分析[D]. 刘大园.西南交通大学2007
- [4].软岩隧道围岩稳定性分析与支护研究[D]. 曹玉亮.煤炭科学研究总院2007
- [5].软弱围岩公路隧道开挖支护施工过程研究[D]. 单士军.西南交通大学2005
- [6].南水北调西线工程深埋隧洞软岩变形的初步研究[D]. 朱艳丽.河海大学2006
- [7].软岩隧道稳定性及监测技术研究[D]. 杨建华.西安科技大学2005
- [8].软岩的流变特性及其工程应用的研究[D]. 彭新辉.武汉理工大学2003
- [9].软岩隧道快速掘进中变形预测及支护方案优化的研究[D]. 吴建兵.武汉理工大学2003
- [10].软岩地下工程支护方案优化研究[D]. 任国辉.天津大学2004
标签：隧道开挖与支护论文; 三维粘弹塑性有限元论文; 接触论文; 衬砌论文;